(57)【要約】    【課題】  ボアピン表面の耐摩耗性を向上させることにより、シリンダボアの形成位置精度を良好に維持でき、従来材料に比べて耐用寿命が長いシリンダブロック鋳造用ボアピンを提供する。    【解決手段】  シリンダブロックを鋳造する際にライナに嵌め込んで用いられるボアピンであって、金属材料からなる母材の少なくともライナと接触する部分が、サーメットの焼結体からなることを特徴とする。また、前記サーメットが炭化タングステンを重量比率で４０％以上含有する超硬合金であることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックを鋳造する際にライナに嵌め込んで用いられるボアピンであって、金属材料からなる母材の少なくともライナと接触する部分が、サーメットの焼結体からなることを特徴とするシリンダブロック鋳造用ボアピン。
【請求項２】
前記サーメットが超硬合金であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック鋳造用ボアピン。
【請求項３】
前記超硬合金が炭化タングステンを重量比率で４０％以上含有することを特徴とする請求項２に記載のシリンダブロック鋳造用ボアピン。
【請求項４】
前記母材が鉄系あるいは鋼系材質であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダブロック鋳造用ボアピン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等のシリンダブロックを鋳造する際に用いるボアピンに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのシリンダブロックは、軽量化を図るためにアルミニウム合金等の軽合金材料をダイキャスト法等で鋳造して成形される。そして、シリンダブロックにはピストンが摺動する部位であるシリンダボアが気筒の数に応じて形成される。しかしながら、シリンダボアを軽合金材料単体で形成した場合、ピストンの摺動に対して十分な耐摩耗性を得られない。このため、シリンダブロック成形の際に鋳型内のシリンダボア部に耐摩耗性材料からなる円筒状のライナ（スリーブとも称される）を配置しておき、このライナを軽合金で鋳ぐるむことによりシリンダボアを形成することが行なわれている。
【０００３】
シリンダボアの内面に設ける耐摩耗性に優れたライナとして、ＦＣ材（ねずみ鋳鉄）や、アルミニウム合金中に炭化ケイ素粒子や強化繊維等の強化材を分散させた複合材料などが用いられている。
【０００４】
この種のライナを備えたシリンダブロックを成形する場合、鋳型のキャビティ内にボアピンを突出させ、そのボアピンにライナを嵌め込んで保持させた状態で、キャビティ内にアルミニウム合金等の溶湯を充填する。このようなシリンダブロック鋳造用ボアピンに係わる先行技術として例えば以下のものが挙げられる。
【０００５】
特許文献１には、シリンダブロック鋳造用金型内のシリンダボアを形成すべき位置に、スリーブを装着するボアピンを配設して、ボアピンにその軸線方向に沿って基端部側から先端部側へ冷却室を形成すると共に、ボアピンの基端部側に、その開口端を冷却室内に臨ませて冷却液配管を挿入配設してなるボアピンの冷却構造において、冷却液配管の開口端の位置を金型配設時に、金型のシリンダヘッド接合部形成面位置またはこの位置近傍の金型の内方位置としたシリンダブロック鋳造用ボアピンの冷却構造が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、シリンダボアを成形するための入子となるボア金型用ピンを有する鋳造金型に、ボア部を形成する筒状のシリンダライナを、そのボア金型ピンを挿入させて配置する工程と、鋳造金型内にアルミニウム合金溶湯を注湯し、鋳ぐるんで凝固させる工程とを含んでなるシリンダブロックの鋳造方法であって、ボア金型ピンは、鋳造後のシリンダライナの内周面が真円となるように、鋳造後の残留応力によるシリンダライナの内周面の変形を見込んでその断面が異形状に調製されているシリンダブロックの鋳造方法が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、アルミニウム溶湯又はアルミニウム合金溶湯を、入子を有する鋳型内に注湯するステップと、溶湯が、入子及び鋳型の内側面によって形成された溶湯の流路が急激に絞られて細くなる挟路部を流れるステップと、この挟路部を流れた後、鋳型及び入子の間のキャビティに溶湯が充填保持されるステップと、このキャビティに充填保持された溶湯が凝固されるステップとを含んでなるアルミニウム又はアルミニウム合金の鋳造方法において、挟路部に近接する入子の端面に凹部を設け、凹部に溶湯が流れ込むことにより挟路部の溶湯の凝固を遅らせる鋳造方法が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−７１４０５号公報
【特許文献２】特開２００２−１５３９６７号公報
【特許文献３】特開２００２−１７８１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したようにライナを備えたシリンダブロックを成形する場合、金型のキャビティ内にボアピンを突出させ、そのボアピンにライナを嵌め込んで保持させた状態で、キャビティ内にアルミニウム合金等の溶湯を充填する。そして、鋳型内の溶湯が凝固した後に、鋳型内からライナを鋳ぐるんだシリンダブロックを取り出すとともに、ボアピンからライナを引き抜く。
【００１０】
そこで、ボアピンは十分な耐熱性とともに、耐摩耗性材料からなるライナから引き抜かれるため十分な耐摩耗性が要求される。従来のボアピンとして、ＪＩＳ  ＳＫＤ６１相当の熱間工具鋼や、さらにこれに焼入れ、焼戻し等の熱処理を施した後、軟窒化処理を施して耐熱性、耐摩耗性を付与したものなどが使用されている。
【００１１】
一方、シリンダブロックのシリンダボアは形成位置の精度が高く要求されるため、ボアピンとライナは互いに緊密に嵌合されている。また、鋳造成形時、まれにボアピンとライナの嵌合部の隙間に微量の溶湯が差し込むことがある。また、ボアピンは溶湯や繰り返して使用される鋳型の熱の影響を受けて昇温して熱膨張する。
【００１２】
このような状態の中では、ボアピンとライナとを脱着すると両者がかじりやすくなる。このため、従来のボアピンにおいては、ボアピン表面の摩耗が著しくなり、シリンダボアの形成位置精度を良好に維持できなくなる、また損傷して耐用寿命が短くなるという問題があった。
【００１３】
この課題に鑑みて本発明は、ボアピン表面の耐摩耗性を向上させることにより、シリンダボアの形成位置精度を良好に維持でき、従来材料に比べて耐用寿命が長いシリンダブロック鋳造用ボアピンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のシリンダブロック鋳造用ボアピンは、シリンダブロックを鋳造する際にライナに嵌め込んで用いられるボアピンであって、金属材料からなる母材の少なくともライナと接触する部分が、金属とセラミックスの複合材料であるサーメットの焼結体からなることを特徴とする。
【００１５】
前記本発明において、前記サーメットが超硬合金であることを特徴とする。さらに超硬合金は炭化タングステンを重量比率で４０％以上含有することを特徴とする。また、ボアピンの中心部分を構成する母材が鉄系あるいは鋼系材質であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシリンダブロック鋳造用ボアピンは、靭性に優れる鋼系材料や鉄系材料等の金属材料からなる母材の外周（少なくともライナと接触する部分）に、超硬合金の焼結体からなる被覆層を形成したので、従来の熱間工具鋼に比べ格段に耐摩耗性を向上させることができる。
【００１７】
本発明は真空焼結法など公知の焼結法によりボアピン母材の外周にサーメットの焼結体を形成させ、該焼結体と母材とを金属的接合した複合構造とするか、あるいはスリーブ形状のサーメットの焼結体を母材に焼き嵌め等の方法によって機械的に接合した複合構造でもよい。
【００１８】
ボアピン母材の外周に、サーメットの一種である超硬合金を溶射することにより超硬合金の溶射層を形成する手段もあるが、溶射層は緻密度や厚さを均一にするのが難しく、また形成される溶射層の厚さが薄いので、ボアピンとライナとの脱着を長期間繰り返すと溶射層が剥離しやいという欠点がある。その点、サーメットの焼結体は緻密でかつ層厚を厚くできるので被覆層の剥離を抑止することができる。さらに、焼結体と母材とを金属的接合させた複合構造の場合、母材との接合が強固なので被覆層の剥離をいっそう抑止することができる。
【００１９】
本発明の被覆層を形成する超硬合金としては、耐摩耗性に優れる炭化タングステンを重量比率で４０％以上含有するのが好ましい。炭化タングステンの含有率が重量比率で７０％以上含有するものがより好ましい。具体的な超硬合金として、タングステン−コバルト系合金、炭化タングステン−ニッケル系合金、炭化タングステン−コバルト−ニッケル系合金が挙げられ、なかでもニッケルを含む炭化タングステン−ニッケル系合金、炭化タングステン−コバルト−ニッケル系合金は耐食性および耐熱性の点でも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例のボアピンを示す概略断面図である。図１において、ボアピン１は鋼系材料からなる母材２の外周に、サーメット材料であるＷＣ−Ｃｏ−Ｎｉ系超硬焼結合金からなる被覆層３を形成させてなる。
【００２１】
ボアピン１の内部には中空の冷却室４を設けて、冷却室４内に水等の冷却液を流し込み、ボアピン１を冷却してボアピン１の熱膨張を抑えて、嵌め込まれたライナ７の引き抜きを容易にする。８は鋳型であり、ボアピン１の基部がボルトなどにより固定されている。
【００２２】
本発明の実施例のボアピンは次のように製造した。まず被覆層形成用の超硬合金原料粉末を重量％でＷＣ原料粉末７５％、Ｃｏ原料粉末１５％、Ｎｉ原料粉末１０％の割合で配合し、ボールミルで５０時間湿式混合した後、乾燥させ、被覆層形成用の超硬合金原料粉末とした。
【００２３】
また、ボアピン母材として直径７０ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼系材料を用意した。そして、ＨＩＰ缶の中央にボアピン母材を配置し、母材の外面とＨＩＰ缶の内面との間に形成させた円環状の隙間に、前記の被覆層形成用の超硬合金原料粉末を充填した。その後、ＨＩＰ缶を蓋で溶接密封した後、真空ポンプで脱気処理を行ない、次いでＨＩＰ缶にリークが生じていないことを確認した後、ＨＩＰ処理を行なった。冷却後、ＨＩＰ缶を加工除去し、所定の寸法加工を施して本発明のボアピンを製造した。
【００２４】
このボアピンを自動車エンジンのシリンダブロックのダイカスト鋳造に用いたところ、シリンダボアの形成位置精度を長期間にわたって良好に維持でき、従来材料に比べて耐用寿命が延びることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のシリンダブロック鋳造用ボアピンによれば、シリンダブロックの鋳造において、シリンダボアの形成位置精度を良好に維持でき、従来材料に比べて耐用寿命が長いので、高品質のシリンダブロックを安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例のボアピンを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ボアピン、  ２  母材、  ３  被覆層、  ４  冷却室、
７  ライナ、  ８  鋳型
【図１】
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